JP5780206B2 - スターリングエンジン - Google Patents

Description

本発明はスターリングエンジンに関する。

スターリングエンジンに関し、本発明と関連性があると考えられる技術として例えば内燃機関の排気熱を回収可能な排気熱回収装置が特許文献１で開示されている。このほかスターリングエンジンの冷却器へ冷却媒体を流通させる構成を開示している点で、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献２で開示されている。

特開２００５−２４８９２２号公報 特開２００５−９０３７６号公報

スターリングエンジンの出力は例えば内燃機関の出力補助に利用できる。この点、スターリングエンジンの出力は入熱量に応じて変化する一方、入熱量に応じて得られるスターリングエンジンの出力は必ずしも出力利用側で必要とされる出力とは合致しない。このため、出力利用側の状態に応じて出力を好適に調整可能な技術が望まれる。

本発明は上記課題に鑑み、出力利用側の状態に応じて好適に出力を調整可能なスターリングエンジンを提供することを目的とする。

本発明は高温側気筒および低温側気筒を有して構成される気筒群を複数有して構成される複数の気筒群と、前記複数の気筒群に共通の出力軸と、内燃機関の排気を流通させる排気通路部に設けられるとともに、前記複数の気筒群毎に設けられ、前記高温側気筒および前記低温側気筒間で作動流体を加熱する加熱器それぞれを有して構成される複数の加熱器と、前記複数の気筒群毎に設けられ、前記高温側気筒および前記低温側気筒間で作動流体を冷却する冷却器それぞれを有して構成される複数の冷却器と、前記複数の冷却器を並列に接続する第１の経路および直列に接続する第２の経路を有し、前記複数の冷却器に冷却媒体を流通させる通路部と、前記通路部に設けられ、前記第１の経路を介した冷却媒体の流通を許可する第１の状態と、前記第２の経路を介した冷却媒体の流通を許可する第２の状態とを有するバルブ部と、出力利用側の状態に応じて前記バルブ部を制御することで、前記第１の経路を介して冷却媒体を流通させる第１の制御と、前記第２の経路を介して冷却媒体を流通させる第２の制御とを行う制御部とを備えるスターリングエンジンである。

本発明は前記複数の気筒群が第１の高温側気筒および第１の低温側気筒を有して構成される第１の気筒群と、第２の高温側気筒および第２の低温側気筒を有して構成される第２の気筒群とであり、前記複数の加熱器が前記第１の高温側気筒および前記第１の低温側気筒間で作動流体を加熱する第１の加熱器と、前記第２の高温側気筒および前記第２の低温側気筒間で作動流体を加熱する第２の加熱器とであり、前記複数の冷却器が前記第１の高温側気筒および前記第１の低温側気筒間で作動流体を冷却する第１の冷却器と、前記第２の高温側気筒および前記第２の低温側気筒間で作動流体を冷却する第２の冷却器とであり、前記第１および第２の冷却器に分岐接続され、前記第１および第２の冷却器に流入する冷却媒体を流通させる流入通路部と、前記第１および第２の冷却器に分岐接続され、前記第１および第２の冷却器から流出する冷却媒体を流通させる流出通路部と、前記流入通路部のうち前記第１の冷却器に対して分岐している第１の流入側分岐部または前記第２の冷却器に対して分岐している第２の流入側分岐部と、前記流出通路部のうち前記第１および第２の冷却器に共通の流出側共通部とを接続する第１の接続通路部とを前記通路部が備えるとともに、前記第１または第２の流入側分岐部であって、前記第１の接続通路部が接続する側の流入分岐部である一方の流入分岐部および前記第１の接続通路部のうち少なくともいずれかに設けられ、前記一方の流入側分岐部および前記第１の接続通路部のうち、前記一方の流入側分岐部を介した冷却媒体の流通を許可する第１の状態を有するとともに、前記一方の流入側分岐部および前記第１の接続通路部のうち、前記第１または第２の冷却器であって、前記一方の流入側分岐部に対応する冷却器と前記流出側共通部とを接続する部分を介した冷却媒体の流通を許可する第２の状態を有する第１のバルブ部と、前記流出側共通部のうち前記第１の接続通路部が接続する部分よりも上流側の部分に設けられ、当該部分を介した冷却媒体の流通を許可する第１の状態および禁止する第２の状態を有する第２のバルブ部とを前記バルブ部が備え、前記第１の制御が前記第１および第２のバルブ部のうち、少なくともいずれかを制御することで、前記第１のバルブ部が前記第１のバルブ部についての前記第１の状態になり、且つ前記第２のバルブ部が前記第２のバルブ部についての前記第１の状態になるようにする制御であり、前記第２の制御が前記第１および第２のバルブ部のうち、少なくともいずれかを制御することで、前記第１のバルブ部が前記第１のバルブ部についての前記第２の状態になり、且つ前記第２のバルブ部が前記第２のバルブ部についての前記第２の状態になるようにする制御である構成とすることができる。

本発明は前記第１および第２の加熱器が前記排気通路部の排気流通方向に直交する方向に沿って設けられている構成とすることができる。

本発明は前記通路部が前記第１および第２の流入側分岐部のうち、前記第１の接続通路部が接続していない側の流入側分岐部である他方の流入側分岐部と前記流出側共通部とを接続する第２の接続通路部をさらに備えるとともに、前記第２の経路として前記第１の冷却器が前記第２の冷却器よりも上流側に位置することになる第１の配置特定経路と、前記第１の冷却器が前記第２の冷却器よりも下流側に位置することになる第２の配置特定経路とを有し、前記他方の流入側分岐部および前記第２の接続通路部のうち少なくともいずれかに設けられ、前記他方の流入側分岐部および前記第２の接続通路部のうち、前記他方の流入側分岐部を介した冷却媒体の流通を許可する第１の状態を有するとともに、前記他方の流入側分岐部および前記第２の接続通路部のうち、前記第１または第２の冷却器であって、前記他方の流入側分岐部に対応する冷却器と前記流出側共通部とを接続する部分を介した冷却媒体の流通を許可する第２の状態を有する第３のバルブ部を前記バルブ部がさらに備え、前記第２のバルブ部がさらに前記流出側共通部のうち、前記第２の接続通路部が接続する部分よりも上流側の部分に設けられており、前記第１の制御が前記第１および第２のバルブ部にさらに前記第３のバルブ部を加えた前記第１、第２および第３のバルブ部のうち、少なくともいずれかを制御することで、さらに前記第３のバルブ部が前記第３のバルブ部についての前記第１の状態になるようにする制御であり、前記第２の制御が前記第１および第２のバルブ部にさらに前記第３のバルブ部を加えた前記第１、第２および第３のバルブ部のうち、少なくともいずれかを制御することで、さらに前記第３のバルブ部が前記第３のバルブ部についての前記第１の状態になるようにし、これにより前記第１の配置特定経路を介して冷却媒体を流通させる第１の配置特定制御と、前記第１、第２および第３のバルブ部のうち、少なくともいずれかを制御することで、前記第１のバルブ部が前記第１のバルブ部についての前記第１の状態に、前記第２のバルブ部が前記第２のバルブ部についての前記第２の状態に、前記第３のバルブ部が前記第３のバルブ部についての前記第２の状態にそれぞれなるようにし、これにより前記第２の配置特定経路を介して冷却媒体を流通させる第２の配置特定制御とのうち、少なくともいずれかを有して構成される構成とすることができる。

本発明は前記内燃機関の出力補助に出力が利用され、前記出力利用側の状態が前記内燃機関の運転状態であり、前記制御部が少なくとも前記内燃機関の加速運転時および定常運転時に前記第１の制御を行うか、或いは前記内燃機関の減速運転時に前記第２の制御を行う構成とすることができる。

本発明によれば出力利用側の状態に応じて好適に出力を調整できる。

スターリングエンジンの概略構成図である。 実施例１の複数の加熱器の配置を示す図である。 実施例１の冷却回路を示す第１の図である。 実施例１の冷却回路を示す第２の図である。 第１の制御動作をフローチャートで示す図である。 走行状態に応じたバルブ部の状態を示す図である。 バッテリ状態に応じたバルブ部の状態を示す図である。 実施例２の複数の加熱器の配置を示す図である。 実施例２の冷却回路を示す第１の図である。 実施例２の冷却回路を示す第２の図である。 実施例２の冷却回路を示す第３の図である。 第２の制御動作をフローチャートで示す図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図１はスターリングエンジン（以下、ＳＥと称す）１０Ａの概略構成図である。ＳＥ１０Ａは多気筒（ここでは４気筒）α型のＳＥであり、排気管５０および排気管５０に接続される内燃機関とともに車両に搭載されている。当該内燃機関（以下、内燃機関Ｅと称す）および当該車両（以下、車両Ｖと称す）については図示省略する。車両Ｖは内燃機関Ｅを動力源として駆動する。

ＳＥ１０Ａは第１のＳＥ１１と第２のＳＥ１２とを備えている。ＳＥ１１、１２は互いに同様に構成されている。ＳＥ１１、１２間で互いに同様の構成につき、第１のＳＥ１１が備える各構成は第１の構成に相当し、第２のＳＥ１２が備える各構成は第２の構成に相当する。この点、ＳＥ１１、１２間で互いに同様の構成につき、第２のＳＥ１２では第１のＳＥ１１で用いられている符号に対してさらにダッシュ符号を付した符号で各構成を示す。

ＳＥ１０Ａでは外部に動力を伝達する側に配置されるＳＥを第２のＳＥ１２としている。但しこれに限られず、例えば外部に動力を伝達する側に配置されるＳＥを第１のＳＥ１１としてもよい。ＳＥ１１、１２は上述したように互いに同様に構成されている。このため、ＳＥ１０Ａの概略構成を説明するにあたり、以下では主に第１のＳＥ１１を用いて説明する。

第１のＳＥ１１は直列平行に配置された高温側気筒２０と低温側気筒３０とを備えている。高温側気筒２０は高温側ピストンである膨張ピストン２１と高温側シリンダ２２とを、低温側気筒３０は低温側ピストンである圧縮ピストン３１と低温側シリンダ３２とを備えている。

高温側シリンダ２２の上部空間は膨張空間となっている。膨張空間には加熱器４７で加熱された作動流体が流入する。加熱器４７は排気管５０に設けられており、排気管５０には内燃機関Ｅが接続されている。排気管５０は内燃機関Ｅの排気を流通させ、加熱器４７は排気管５０を流通する排気と作動流体との間で熱交換を行う。そしてこれにより、気筒２０、３０間で作動流体を加熱する。この点、第１のＳＥ１１では内燃機関Ｅの排気が高温熱源を構成している。排気管５０は排気通路部に相当する。

低温側シリンダ３２の上部空間は圧縮空間となっている。圧縮空間には冷却器４５で冷却された作動流体が流入する。冷却器４５は冷却媒体である冷却水との間で熱交換を行うことで、気筒２０、３０間で作動流体を冷却する。再生器４６は膨張空間、圧縮空間の間を往復する作動流体との間で熱の授受を行う。再生器４６は具体的には作動流体が膨張空間から圧縮空間へと流れる時には作動流体から熱を受け取り、作動流体が圧縮空間から膨張空間へと流れる時には蓄えられた熱を作動流体に放出する。作動流体には空気が適用されている。但しこれに限られず、作動流体には例えばＨｅ、Ｈ_２、Ｎ_２等の気体を適用することができる。

次に第１のＳＥ１１の動作について説明する。加熱器４７が作動流体を加熱すると、作動流体が膨張し、膨張ピストン２１を圧下する。次に膨張ピストン２１が上昇行程に移ると、作動流体は加熱器４７を通過し、再生器４６に移送される。そして、再生器４６で熱を放出して冷却器４５へと流れる。冷却器４５で冷却された作動流体は圧縮空間に流入し、さらに圧縮ピストン３１の上昇に伴って圧縮される。このようにして圧縮された作動流体は、今度は再生器４６から熱を奪いながら温度を上昇して加熱器４７へ流れ込む。そして、再び加熱され、膨張する。

ところで、第１のＳＥ１１ではピストン２１、３１と対応するシリンダ２２、３２との間で気体潤滑を行っている。気体潤滑ではピストン２１、３１とシリンダ２２、３２との間の微小なクリアランスで発生する空気の圧力（分布）を利用して，ピストン２１、３１を空中に浮いた形にする。気体潤滑は摺動抵抗が極めて小さいため、内部フリクションを大幅に低減させることができる。空中に物体を浮上させる気体潤滑には具体的には例えば加圧流体を噴出させ、発生した静圧によって物体を浮上させる静圧気体潤滑を適用できる。

第１のＳＥ１１はさらにクランクシャフト６１とクランクケース６２とを備えている。クランクシャフト６１はピストン２１、３１の往復運動を回転運動に変換する。クランクシャフト６１はクランクケース６２に設けられている。クランクケース６２はクランクシャフト６１のクランク部を収容している。

ＳＥ１０Ａはクランクシャフト６１、６１´を互いに連結することで、気筒２０、３０および気筒２０´、３０´からなる４気筒α型のＳＥに構成されている。そして、ＳＥ１０Ａでは気筒２０、３０が第１の気筒群を構成するともに、気筒２０´、３０´が第２の気筒群を構成している。また、気筒２０、３０と気筒２０´、３０´とが複数の気筒群を構成している。この点、ＳＥ１０Ａではクランクシャフト６１、６１´が複数の気筒群に共通の出力軸を構成している。ＳＥ１０Ａでは冷却器４５、４５´が複数の冷却器を、加熱器４７、４７´が複数の加熱器をそれぞれ構成している。

複数の気筒群を備えるにあたり、ＳＥ１０Ａは例えばクランクシャフト６１、６１´の代わりに複数の気筒群に共通の１つのクランクシャフトを出力軸として備える構成であってもよい。このほか、ＳＥ１０は例えばクランクケース６２、６２´の代わりに複数の気筒群に共通の１つのクランクケースを備える構成であってもよい。

図２はＳＥ１０Ａの加熱器４７、４７´の配置を示す図である。図２に示すように、ＳＥ１０Ａでは加熱器４７、４７´が排気管５０の排気流通方向Ｆに直交する方向に沿って設けられている。このため、ＳＥ１０Ａでは気筒２０、３０および気筒２０´、３０´間（ＳＥ１１、１２間）で高温熱源の温度を互いに同等にすることができる。

図３、図４はＳＥ１０Ａの冷却回路を示す図である。図３は第１の経路Ｒ１を介して冷却媒体を流通させる状態で冷却回路を示す。図４は第２の経路Ｒ２を介して冷却媒体を流通させる状態で冷却回路を示す。図３、図４に示すようにＳＥ１０Ａはさらに通路部７０Ａとバルブ部８０ＡとＥＣＵ９０Ａとを備えている。

通路部７０Ａは冷却器４５、４５´を並列に接続する第１の経路Ｒ１および直列に接続する第２の経路Ｒ２を有しており、冷却器４５、４５´に冷却媒体を流通させる。冷却媒体には例えば内燃機関Ｅの冷却水を用いることができる。通路部７０Ａは具体的には流入通路部７１と流出通路部７２と第１の接続通路部７３とを備えている。

流入通路部７１は冷却器４５、４５´に分岐接続されており、冷却器４５、４５´に流入する冷却媒体を流通させる。流入通路部７１は具体的には冷却器４５、４５´に共通の流入側共通部７１ａと、冷却器４５に対して分岐している第１の流入側分岐部７１ｂと、冷却器４５´に対して分岐している第２の流入側分岐部７１ｃとを備えている。流入側共通部７１ａは流入側分岐部７１ｂ、７１ｃに接続されるとともに、第１の流入側分岐部７１ｂを介して冷却器４５に、第２の流入側分岐部７１ｃを介して冷却器４５´にそれぞれ接続されている。

流出通路部７２は冷却器４５、４５´に分岐接続されており、冷却器４５、４５´から流出する冷却媒体を流通させる。流出通路部７２は具体的には冷却器４５、４５´に共通の流出側共通部７２ａと、冷却器４５に対して分岐している第１の流出側分岐部７２ｂと、冷却器４５´に対して分岐している第２の流出側分岐部７２ｃとを備えている。流出側共通部７２ａは流出側分岐部７２ｂ、７２ｃに接続されるとともに、第１の流出側分岐部７２ｂを介して冷却器４５に、第２の流出側分岐部７２ｃを介して冷却器４５´にそれぞれ接続されている。

第１の接続通路部７３は第２の流入側分岐部７１ｃと流出側共通部７２ａとを接続している。この点、第２の流入側分岐部７１ｃは一方の流入側分岐部に相当する。第１の接続通路部７３は第１の流入側分岐部７１ｂと流出側共通部７２ａとを接続してもよい。この場合、第１の流入側分岐部７１ｂが一方の流入側分岐部に相当することになる。

バルブ部８０Ａは第１のバルブ８１と第２のバルブ８２とを備えている。第１のバルブ８１は切替弁であり、第２の流入側分岐部７１ｃと第１の接続通路部７３との合流部に設けられている。そしてこれにより、第２の流入側分岐部７１ｃおよび第１の接続通路部７３のうち、少なくともいずれかに設けられている。

図３に示すように、第１のバルブ８１は第２の流入側分岐部７１ｃおよび第１の接続通路部７３のうち、第２の流入側分岐部７１ｃを介した冷却器４５´への冷却媒体の流通を許可する第１の状態（以下、状態Ａ１と称す）を有している。また、図４に示すように第２の流入側分岐部７１ｃおよび第１の接続通路部７３のうち、第２の流入側分岐部７１ｃに対応する冷却器である冷却器４５´と流出側共通部７２ａとを接続する部分を介した冷却器４５´からの冷却媒体の流通を許可する第２の状態（以下、状態Ａ２と称す）を有している。

第２のバルブ８２は開閉弁であり、流出側共通部７２ａのうち、第１の接続通路部７３が接続する部分よりも上流側の部分に設けられている。図３に示すように、第２のバルブ８２は当該部分を介した冷却媒体の流通を許可する第１の状態（以下、状態Ｂ１と称す）を有している。また、図４に示すように当該部分を介した冷却媒体の流通を禁止する第２の状態（以下、状態Ｂ２と称す）を有している。

このため、バルブ部８０Ａは図３に示すように状態Ａ１になる第１のバルブ８１と状態Ｂ１になる第２のバルブ８２とを備えることで、第１の経路Ｒ１を介した冷却媒体の流通を許可する第１の状態（以下、状態α１と称す）を有している。また、図４に示すように状態Ａ２になる第１のバルブ８１と状態Ｂ２になる第２のバルブ８２とを備えることで、第２の経路Ｒ２を介した冷却媒体の流通を許可する第２の状態（以下、状態α２と称す）を有している。第１のバルブ８１は第１のバルブ部に相当し、第２のバルブ８２は第２のバルブ部に相当する。

ＥＣＵ９０Ａは電子制御装置であり、ＥＣＵ９０Ａにはバルブ部８０Ａ（具体的にはバルブ８１、８２）が制御対象として電気的に接続されている。また、内燃機関Ｅの運転状態や車両Ｖの走行状態を検出するためのセンサ群９５がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。センサ群９５は例えば内燃機関Ｅに加速要求を行うためのアクセル開度センサや、内燃機関Ｅの回転数を検出可能なクランク角センサや、車両Ｖの速度を検出可能な車速センサを含む。

ＥＣＵ９０ＡではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、例えば以下に示す制御部が実現される。

制御部は出力利用側の状態（すなわち、ＳＥ１０Ａの出力として要求される出力である要求出力）に応じてバルブ部８０Ａを制御することで、第１の経路Ｒ１を介して冷却媒体を流通させる第１の制御と第２の経路Ｒ２を介して冷却媒体を流通させる第２の制御とを行う。この点、ＳＥ１０Ａでは内燃機関Ｅの出力補助に出力が利用される。このため、出力利用側の状態は具体的には内燃機関Ｅの運転状態となっている。出力利用側の状態は例えば車両Ｖの走行状態であってもよい。

第１の制御は具体的にはバルブ８１、８２のうち、少なくともいずれかを制御することで、第１のバルブ８１が状態Ａ１になり、且つ第２のバルブ８２が状態Ｂ１になるようにする制御となっている。そしてこれにより、バルブ部８０Ａが状態α１になるようにする制御となっている。第２の制御は具体的にはバルブ８１、８２のうち、少なくともいずれかを制御することで、第１のバルブ８１が状態Ａ２になり、且つ第２のバルブ８２が状態Ｂ２になるようにする制御となっている。そしてこれにより、バルブ部８０Ａが状態α２になるようにする制御となっている。

制御部は少なくとも内燃機関Ｅの加速運転時および定常運転時に第１の制御を行うか、或いは内燃機関Ｅの減速運転時に第２の制御を行う。この点、ＥＣＵ９０Ａでは制御部が内燃機関Ｅの加速運転時および定常運転時に第１の制御を行うとともに、内燃機関Ｅの減速運転時に第２の制御を行うように実現される。出力利用側の状態が車両Ｖの走行状態である場合、制御部は少なくとも車両Ｖの加速走行時および定常走行時で第１の制御を行うか、或いは車両Ｖの減速走行時に第２の制御を行うことができる。

経路Ｒ１、Ｒ２間で流通経路を切り替えるだけの場合、制御部は第１のバルブ８１が状態Ａ１になり、且つ第２のバルブ８２が状態Ｂ１になるようにバルブ８１、８２を制御することで、第１の制御を行うことができる。また、第１のバルブ８１が状態Ａ２になり、且つ第２のバルブ８２が状態Ｂ２になるようにバルブ８１、８２を制御することで、第２の制御を行うことができる。

一方、制御部は例えば冷却器４５、４５´への冷却媒体の供給を停止する第３の制御をさらに行ってもよい。第３の制御はバルブ８１、８２のうち、少なくともいずれかを制御することで、第１のバルブ８１が状態Ａ１になり、且つ第２のバルブ８２が状態Ｂ２になるようにする制御とすることができる。第３の制御は必ずしも出力利用側の状態に応じて行われなくてもよい。

次にＥＣＵ９０Ａの制御動作である第１の制御動作の一例を図５に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ９０Ａは内燃機関Ｅの運転状態を検出するとともに（ステップＳ１）、内燃機関Ｅが加速運転時または定常運転時であるか否かを判定する（ステップＳ２）。内燃機関Ｅが加速運転時または定常運転時であるか否かは例えばアクセル開度センサやクランク角センサの出力に基づき判定できる。肯定判定であれば、ＥＣＵ９０Ａは第１の制御を行う（ステップＳ３）。そしてこれにより、第１の経路Ｒ１を介して冷却媒体を流通させる。一方、否定判定であれば減速運転時であると判断される。このため、否定判定であればＥＣＵ９０Ａは第２の制御を行う（ステップＳ４）。そしてこれにより、第２の経路Ｒ２を介して冷却媒体を流通させる。ステップＳ３またはＳ４の後には本フローチャートを一旦終了する。

図６は車両Ｖの走行状態に応じたバルブ部８０Ａの状態の一例を示す図である。図６（ａ）は走行状態を示す。図６（ｂ）はバルブ８０Ａの状態を示す。図６（ａ）において縦軸は車速、横軸は時間を示す。図６（ａ）において期間ｔ１１は始動直後の停車時、期間ｔ１２は加速走行時、期間ｔ１３は定常走行時、期間ｔ１４は減速走行時、期間ｔ１５は急減速時、期間ｔ１６は停車時を示す。

図６（ａ）に示すように、この例では期間ｔ１２で加速が行われ、期間ｔ１３で定常走行状態になっている。このため、この例では図６（ｂ）に示すように期間ｔ１２、ｔ１３でバルブ部８０Ａの状態が状態α１になっている。そしてこれにより、加速走行時および定常走行時に第１の経路Ｒ１を介して冷却媒体を流通させている。また、この例では期間ｔ１４で減速が行われ、さらに期間ｔ１５で急減速が行われている。このため、この例では図６（ｂ）に示すように期間ｔ１４、ｔ１５でバルブ部８０Ａの状態が状態α２になっている。そしてこれにより、急減速時を含む減速走行時に第２の経路Ｒ２を介して冷却媒体を流通させている。

次にＳＥ１０Ａの作用効果について説明する。ＳＥ１０Ａは出力利用側の状態に応じてバルブ部８０Ａを制御することで、第１の経路Ｒ１を介して冷却媒体を流通させる第１の制御と、第２の経路Ｒ２を介して冷却媒体を流通させる第２の制御とを行う。そしてこれにより、出力利用側の状態に応じて並列に接続した状態で複数の冷却器（ここでは冷却器４５、４５´）に冷却媒体を流通させたり、直列に接続した状態で複数の冷却器に冷却媒体を流通させたりする。

この点、複数の冷却器を並列に接続した状態では複数の気筒群間で冷却器を流通する冷却媒体の温度（すなわち、低温熱源の温度）を同等にすることができる。一方、複数の冷却器を直列に接続した状態では複数の気筒群間で低温熱源の温度に温度差が生じる。そして、ＳＥ１０Ａの出力は複数の気筒群それぞれにおける低温熱源の温度と高温熱源の温度との温度差に応じて変化する。したがって、ＳＥ１０Ａの出力は複数の冷却器を並列に接続した状態と直列に接続した状態とで互いに異なってくる。具体的には複数の冷却器を並列に接続した状態よりも直列に接続した状態のほうが複数の気筒群間における出力のバランス上、ＳＥ１０Ａの出力が低下する。

このため、ＳＥ１０Ａは出力利用側の状態に応じてバルブ部８０Ａを制御し、これにより第１の制御と第２の制御とを行うことで、出力利用側の状態に応じて出力を調整できる。この点、出力を調整するにあたり、ＳＥ１０Ａは複数の冷却器に流通させる冷却媒体の流通経路を変更する構成上、比較的簡素な構成で出力を調整できる。このため、ＳＥ１０Ａは例えばコスト面で有利な構成で出力を調整できる点で好適に出力を調整できる。

また、出力を調整するには例えば複数の加熱器への入熱量を変更することも考えられる。ところが、複数の加熱器への入熱量の変更は例えば内燃機関Ｅの運転状態の変更が必要になるというかたちで内燃機関Ｅの運転に影響を及ぼすことになる虞がある。これに対し、ＳＥ１０Ａは内燃機関Ｅの運転に特段影響を及ぼすことなく出力を調整できる点でも好適に出力を調整できる。また、出力を低下させることで出力を調整するにあたり、低温熱源の温度を変化させることで応答性良く出力を調整できる点でも好適に出力を調整できる。

ＳＥ１０Ａは具体的には複数の気筒群が気筒２０、３０と気筒２０´、３０´であり、複数の冷却器が冷却器４５、４５´であり、複数の加熱器が加熱器４７、４７´である構成とすることができる。この場合、通路部７０Ａは流入通路部７１と流出通路部７２と第１の接続通路部７３とを備えることで、経路Ｒ１、Ｒ２を有し、複数の冷却器に冷却媒体を流通させることができる。また、バルブ部８０Ａはバルブ８１、８２を備えることで、状態α１、α２を有することができる。

またこの場合には、第１の制御としてバルブ８１、８２のうち少なくともいずれかを制御することで、第１のバルブ８１が状態Ａ１になり、第２のバルブ８２が状態Ｂ１になるようにする制御を行うことができる。また、第２の制御としてバルブ８１、８２のうち少なくともいずれかを制御することで、第１のバルブ８１が状態Ａ２になり、第２のバルブ８２が状態Ｂ２になるようにする制御を行うことができる。

加熱器４７、４７´が排気管５０の排気流通方向Ｆに直交する方向に沿って設けられている場合には、気筒２０、３０および気筒２０´、３０´間で高温熱源の温度を互いに同等にすることができる。この点、この場合には冷却器４５、４５´を直列に接続した状態で冷却器４５から先に冷却媒体を流通させる場合と、冷却器４５´から先に冷却媒体を流通させる場合とで出力を同等にすることができる。このため、ＳＥ１０Ａは具体的には加熱器４７、４７´が排気管５０の排気流通方向Ｆに直交する方向に沿って設けられている場合に適している。

ＳＥ１０Ａでは出力が内燃機関Ｅの出力補助に利用される。この点、ＳＥ１０Ａは出力利用側の状態を内燃機関Ｅの運転状態とし、内燃機関Ｅの加速運転時および定常運転時に第１の制御を行うことで、内燃機関Ｅの出力が要求される場面において出力を高めることができる。また、内燃機関Ｅの減速運転時に第２の制御を行うことで、内燃機関Ｅの出力が要求されない場面において出力を下げることができる。したがって、ＳＥ１０Ａは出力を調整することで具体的には例えば内燃機関Ｅの出力補助を適切に行うことができる。

ＳＥ１０Ａの出力は例えば発電機の駆動に利用することで、当該発電機が発電する電気を充電可能なバッテリＢ（図示省略）の充電に利用することもできる。当該発電機およびバッテリＢは車両Ｖに搭載されているものとすることができる。この場合、ＳＥ１０Ａでは出力利用側の状態をバッテリＢの状態とすることで、制御部は例えば次に示すように第１および第２の制御を行うことができる。

図７はバッテリＢの状態に応じたバルブ部８０Ａの状態の一例を示す図である。図７（ａ）はバッテリＢの状態を示す。図７（ｂ）はバルブ８０Ａの状態を示す。図７（ａ）において縦軸はバッテリ残量、横軸は時間を示す。図７（ａ）において期間ｔ２１はバッテリ使用時、期間ｔ２２はバッテリ不使用時、期間ｔ２３はバッテリ充電時、期間ｔ２４はバッテリ満充電時を示す。

図７（ａ）に示すように、この例では期間ｔ２１でバッテリＢが使用されるとともに期間ｔ２２でバッテリＢが使用されなくなり、さらに期間ｔ２３でバッテリＢが充電されている。そして、期間ｔ２４ではバッテリＢが満充電になっている。これに対し、制御部は少なくともバッテリ使用時、不使用時および充電時に（すなわち、バッテリＢが満充電でない場合に）第１の制御を行うか、或いはバッテリＢが満充電である場合に第２の制御を行うことができる。

この場合には、図７（ｂ）に示すように期間ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３でバルブ部８０Ａの状態を状態α１とすることで、バッテリ使用時、不使用時および充電時に第１の経路Ｒ１を介して冷却媒体を流通させることができる。結果、バッテリＢの充電を促進することができる。また、期間ｔ２４でバルブ部８０Ａの状態を状態α２とすることで、満充電時に第２の経路Ｒ２を介して冷却媒体を流通させることができる。結果、充電に不要な発電を抑制することができる。したがって、ＳＥ１０Ａは出力を調整することで具体的には例えばバッテリＢの充電を適切に行うこともできる。

図８はＳＥ１０Ｂの加熱器４７、４７´の配置を示す図である。図９、図１０および図１１はＳＥ１０Ｂの冷却回路を示す図である。図９は第１の経路Ｒ１を介して冷却媒体を流通させる状態で冷却回路を示す。図１０は第１の配置特定経路Ｒ２１を介して冷却媒体を流通させる状態で冷却回路を示す。図１１は第２の配置特定経路Ｒ２２を介して冷却媒体を流通させる状態で冷却回路を示す。

ＳＥ１０Ｂは図８に示すように排気管５０における加熱器４７、４７´の配置が異なる点と、図９から図１１に示すように通路部７０Ａの代わりに通路部７０Ｂを、バルブ部８０Ａの代わりにバルブ部８０Ｂを、ＥＣＵ９０Ａの代わりにＥＣＵ９０Ｂをそれぞれ備える点以外、ＳＥ１０Ａと実質的に同一となっている。

図８に示すように、ＳＥ１０Ｂでは加熱器４７、４７´が排気管５０の排気流通方向Ｆに沿って設けられている。このため、ＳＥ１０Ｂでは気筒２０、３０および気筒２０´、３０´間で高温熱源の温度が互いに異なってくる。加熱器４７、４７´は具体的には加熱器４７が加熱器４７´よりも排気流通方向Ｆにおいて上流側に位置するように設けられている。したがって、ＳＥ１０Ｂでは気筒２０、３０の高温熱源のほうが気筒２０´、３０´の高温熱源よりも温度が高くなる。

図９から図１１に示すように、通路部７０Ｂは第２の接続通路部７４をさらに備える点と、これに応じて第２の経路Ｒ２として第１の配置特定経路Ｒ２１と第２の配置特定経路Ｒ２２とを有する点以外、通路部７０Ａと実質的に同一となっている。第２の接続通路部７４は第１の流入側分岐部７１ｂと流出側共通部７２ａとを接続している。この点、ＳＥ１０Ｂにおいて第２のバルブ８２はさらに流出側共通部７２ａのうち、第２の接続通路部７４が接続する部分よりも上流側の部分に設けられている。

第１の配置特定経路Ｒ２１は冷却器４５が冷却器４５´よりも上流側に位置することになる経路となっている。第２の配置特定経路Ｒ２２は冷却器４５が冷却器４５´よりも下流側に位置することになる経路となっている。第２の流入側分岐部７１ｃが一方の流入側分岐部に相当することに対し、第１の流入側分岐部７１ｂは他方の流入側分岐部に相当する。

バルブ部８０Ｂは第３のバルブ８３をさらに備える点以外、バルブ部８０Ａと実質的に同一となっている。第３のバルブ８３は切替弁であり、第１の流入側分岐部７１ｂと第２の接続通路部７４との合流部に設けられている。そしてこれにより、第１の流入側分岐部７１ｂおよび第２の接続通路部７４のうち、少なくともいずれかに設けられている。

図９および図１０に示すように、第３のバルブ８３は第１の流入側分岐部７１ｂおよび第２の接続通路部７４のうち、第１の流入側分岐部７１ｂを介した冷却器４５への冷却媒体の流通を許可する第１の状態（以下、状態Ｃ１と称す）を有している。また、図１１に示すように第３のバルブ８３は第１の流入側分岐部７１ｂおよび第２の接続通路部７４のうち、第１の流入側分岐部７１ｂに対応する冷却器である冷却器４５と流出側共通部７２ａとを接続する部分を介した冷却器４５からの冷却媒体の流通を許可する第２の状態（以下、状態Ｃ２と称す）を有している。

このため、バルブ部８０Ｂは図９に示すように状態Ａ１になる第１のバルブ８１と状態Ｂ１になる第２のバルブ８２と状態Ｃ１になる第３のバルブ８３とを備えることで、状態α１を有している。そして、図１０に示すように状態Ａ２になる第１のバルブ８１と状態Ｂ２になる第２のバルブ８２と状態Ｃ１になる第３のバルブ８３とを備えることで状態α２１を有している。また、図１１に示すように状態Ａ１になる第１のバルブ８１と状態Ｂ２になる第２のバルブ８２と状態Ｃ２になる第３のバルブ８３とを備えることで状態α２２を有している。

この点、状態α２１は具体的には図１０に示すように状態α２のうち、第１の配置特定経路Ｒ２１を介して冷却媒体を流通させる状態となっている。また、状態α２２は具体的には図１１に示すように状態α２のうち、第２の配置特定経路Ｒ２２を介して冷却媒体を流通させる状態となっている。第３のバルブ８３は第３のバルブ部に相当する。

ＥＣＵ９０Ｂはバルブ部８０Ａの代わりにバルブ部８０Ｂが制御対象として電気的に接続されることで、第３のバルブ８３がさらに電気的に接続される点と、これに応じて第１および第２の制御と制御部とが次に示すように実現される以外、ＥＣＵ９０Ａと実質的に同一となっている。

すなわち、ＥＣＵ９０Ｂでは第１の制御がバルブ８１、８２にさらに第３のバルブ８３を加えたバルブ８１、８２、８３のうち、少なくともいずれかを制御することで、さらに第３のバルブ８３が状態Ｃ１になるようにする制御となっている。そしてこれにより、バルブ部８０Ｂが状態α１になるようにする制御となっている。

また、ＥＣＵ９０Ｂでは第２の制御が第１および第２の配置特定制御のうち、少なくともいずれかを有して構成されている。具体的にはＥＣＵ９０Ｂでは第２の制御が第１の配置特定制御と第２の配置特定制御とで構成されている。第１の配置特定制御は実施例１で前述した第２の制御と比較して、バルブ８１、８２にさらに第３のバルブ８３を加えたバルブ８１、８２、８３のうち、少なくともいずれかを制御することで、さらに第３のバルブ８３が状態Ｃ１になるようにし、これにより第１の配置特定経路Ｒ２１を介して冷却媒体を流通させる制御となっている。したがって、第１の配置特定制御はこれによりバルブ部８０Ｂが状態α２１になるようにする制御となっている。

一方、第２の配置特定制御はバルブ８１、８２、８３のうち少なくともいずれかを制御することで、第１のバルブ８１が状態Ａ１に、第２のバルブ８２が状態Ｂ２に、第３のバルブ８３が状態Ｃ２にそれぞれなるようにし、これにより第２の配置特定経路Ｒ２２を介して冷却媒体を流通させる制御となっている。したがって、第２の配置特定制御はこれによりバルブ部８０Ｂが状態α２２になるようにする制御となっている。

ＥＣＵ９０Ｂでは内燃機関Ｅの減速運転時に第２の制御を行うにあたり、制御部がさらに次に示すように実現される。すなわち、内燃機関Ｅの減速運転時、且つ急減速時でない場合には第１の配置特定制御を行うように実現される。また、内燃機関Ｅの減速運転時、且つ急減速時である場合には第２の配置特定制御を行うように実現される。急減速時である場合は減速度合いが所定の度合いよりも大きい場合（ここでは所定の度合い以上の場合）とすることができる。

次にＥＣＵ９０Ｂの制御動作である第２の制御動作の一例を図１２に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートはステップＳ４の代わりにステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３およびＳ１４が設けられている点以外、図５に示すフローチャートと同じとなっている。このため、ここでは特にこれらのステップについて説明する。ステップＳ３で否定判定であれば、ＥＣＵ９０Ｂは内燃機関Ｅの減速度合いを検出するとともに（ステップＳ１１）、検出した減速度合いが所定の度合いよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２で肯定判定であれば、内燃機関Ｅの減速運転時、且つ急減速時でないと判断される。このためこの場合には、ＥＣＵ９０Ｂは第１の配置特定制御を行う（ステップＳ１３）。そしてこれにより、第１の配置特定経路Ｒ２１を介して冷却媒体を流通させる。一方、ステップＳ１２で否定判定であれば、内燃機関Ｅの減速運転時、且つ急減速時であると判断される。このためこの場合には、ＥＣＵ９０Ｂは第２の配置特定制御を行う（ステップＳ１４）。そしてこれにより、第２の配置特定経路Ｒ２２を介して冷却媒体を流通させる。ステップＳ１３またはＳ１４の後には本フローチャートを一旦終了する。

次にＳＥ１０Ｂの作用効果について説明する。ＳＥ１０Ｂは第２の制御として第１の配置特定制御と第２の配置特定制御とを行うことで、第１の配置特定経路Ｒ２１を介して冷却媒体を流通させることと、第２の配置特定経路Ｒ２２を介して冷却媒体を流通させることができる。この点、気筒２０、３０および気筒２０´、３０´間で高温熱源の温度が互いに異なってくる場合には、第２の経路Ｒ２として第１の配置特定経路Ｒ２１を介して冷却媒体を流通させる場合と、第２の配置特定経路Ｒ２２を介して冷却媒体を流通させる場合とでさらに出力が異なってくる。

このため、ＳＥ１０Ｂは気筒２０、３０および気筒２０´、３０´間で高温熱源の温度が互いに異なってくる場合に出力利用側の状態に応じてさらに細かく出力を調整することができる点で、ＳＥ１０Ａと比較してさらに好適に出力を調整できる。この点、高温熱源の温度は例えば加熱器４７、４７´が排気管５０の排気流通方向Ｆに沿って設けられている場合に気筒２０、３０および気筒２０´、３０´間で異なってくる。このため、ＳＥ１０Ｂは例えば加熱器４７、４７´が排気管５０の排気流通方向Ｆに沿って設けられている場合に適している。

ＳＥ１０ＢはＳＥ１０Ａの場合と同様に出力利用側の状態を例えばバッテリＢの状態とすることもできる。この場合、制御部はバッテリＢが満充電である場合に第２の制御として第１および第２の配置特定制御のうち、いずれか一方を行うことができる。そしてこれにより、出力を調整することで、ＳＥ１０Ａと同様にバッテリＢの充電を適切に行うこともできる。

一方、ＳＥ１０Ｂでは気筒２０、３０のほうが気筒２０´、３０´よりも高温熱源の温度が高くなるところ、この場合には出力のバランス上、気筒２０、３０側で低温熱源の温度が高まるようにしたほうが気筒２０´、３０´側で低温熱源の温度が高まるようにするよりも出力を効果的に低下させることができる。

このため、ＳＥ１０ＢではバッテリＢが満充電である場合に制御部が第２の制御として第１および第２の配置特定制御のうち、第２の配置特定制御を行うことがさらに好適である。この場合には、冷却器４５における作動流体の冷却を優先して抑制することで、冷却器４５´における作動流体の冷却を優先して抑制する場合よりも出力を効果的に低下させることができる。結果、充電に不要な発電をより効果的に抑制することもできる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば上述した実施例では第１のバルブ部が切替弁である場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、第１のバルブ部は例えば一方の流入分岐部のうち、第１の接続部が接続する部分よりも下流側の部分と第１の接続通路部とに設けられた開閉弁それぞれによって実現されてもよい。これは第３のバルブ部についても同様である。

ＳＥ １０Ａ、１０Ｂ
第１のＳＥ １１
第２のＳＥ １２
高温側気筒 ２０、２０´
低温側気筒 ３０、３０´
冷却器 ４５、４５´
加熱器 ４７、４７´
クランクシャフト ６１、６１´
通路部 ７０Ａ、７０Ｂ
バルブ部 ８０Ａ、８０Ｂ
ＥＣＵ ９０Ａ、９０Ｂ

Claims (5)

1. 高温側気筒および低温側気筒を有して構成される気筒群を複数有して構成される複数の気筒群と、
   前記複数の気筒群に共通の出力軸と、
   内燃機関の排気を流通させる排気通路部に設けられるとともに、前記複数の気筒群毎に設けられ、前記高温側気筒および前記低温側気筒間で作動流体を加熱する加熱器それぞれを有して構成される複数の加熱器と、
   前記複数の気筒群毎に設けられ、前記高温側気筒および前記低温側気筒間で作動流体を冷却する冷却器それぞれを有して構成される複数の冷却器と、
   前記複数の冷却器を並列に接続する第１の経路および直列に接続する第２の経路を有し、前記複数の冷却器に冷却媒体を流通させる通路部と、
   前記通路部に設けられ、前記第１の経路を介した冷却媒体の流通を許可する第１の状態と、前記第２の経路を介した冷却媒体の流通を許可する第２の状態とを有するバルブ部と、
   出力利用側の状態に応じて前記バルブ部を制御することで、前記第１の経路を介して冷却媒体を流通させる第１の制御と、前記第２の経路を介して冷却媒体を流通させる第２の制御とを行う制御部とを備えるスターリングエンジン。
2. 請求項１記載のスターリングエンジンであって、
   前記複数の気筒群が第１の高温側気筒および第１の低温側気筒を有して構成される第１の気筒群と、第２の高温側気筒および第２の低温側気筒を有して構成される第２の気筒群とであり、
   前記複数の加熱器が前記第１の高温側気筒および前記第１の低温側気筒間で作動流体を加熱する第１の加熱器と、前記第２の高温側気筒および前記第２の低温側気筒間で作動流体を加熱する第２の加熱器とであり、
   前記複数の冷却器が前記第１の高温側気筒および前記第１の低温側気筒間で作動流体を冷却する第１の冷却器と、前記第２の高温側気筒および前記第２の低温側気筒間で作動流体を冷却する第２の冷却器とであり、
   前記第１および第２の冷却器に分岐接続され、前記第１および第２の冷却器に流入する冷却媒体を流通させる流入通路部と、
   前記第１および第２の冷却器に分岐接続され、前記第１および第２の冷却器から流出する冷却媒体を流通させる流出通路部と、
   前記流入通路部のうち前記第１の冷却器に対して分岐している第１の流入側分岐部または前記第２の冷却器に対して分岐している第２の流入側分岐部と、前記流出通路部のうち前記第１および第２の冷却器に共通の流出側共通部とを接続する第１の接続通路部とを前記通路部が備えるとともに、
   前記第１または第２の流入側分岐部であって、前記第１の接続通路部が接続する側の流入分岐部である一方の流入分岐部および前記第１の接続通路部のうち少なくともいずれかに設けられ、前記一方の流入側分岐部および前記第１の接続通路部のうち、前記一方の流入側分岐部を介した冷却媒体の流通を許可する第１の状態を有するとともに、前記一方の流入側分岐部および前記第１の接続通路部のうち、前記第１または第２の冷却器であって、前記一方の流入側分岐部に対応する冷却器と前記流出側共通部とを接続する部分を介した冷却媒体の流通を許可する第２の状態を有する第１のバルブ部と、
   前記流出側共通部のうち前記第１の接続通路部が接続する部分よりも上流側の部分に設けられ、当該部分を介した冷却媒体の流通を許可する第１の状態および禁止する第２の状態を有する第２のバルブ部とを前記バルブ部が備え、
   前記第１の制御が前記第１および第２のバルブ部のうち、少なくともいずれかを制御することで、前記第１のバルブ部が前記第１のバルブ部についての前記第１の状態になり、且つ前記第２のバルブ部が前記第２のバルブ部についての前記第１の状態になるようにする制御であり、
   前記第２の制御が前記第１および第２のバルブ部のうち、少なくともいずれかを制御することで、前記第１のバルブ部が前記第１のバルブ部についての前記第２の状態になり、且つ前記第２のバルブ部が前記第２のバルブ部についての前記第２の状態になるようにする制御であるスターリングエンジン。
3. 請求項２記載のスターリングエンジンであって、
   前記第１および第２の加熱器が前記排気通路部の排気流通方向に直交する方向に沿って設けられているスターリングエンジン。
4. 請求項２記載のスターリングエンジンであって、
   前記通路部が前記第１および第２の流入側分岐部のうち、前記第１の接続通路部が接続していない側の流入側分岐部である他方の流入側分岐部と前記流出側共通部とを接続する第２の接続通路部をさらに備えるとともに、前記第２の経路として前記第１の冷却器が前記第２の冷却器よりも上流側に位置することになる第１の配置特定経路と、前記第１の冷却器が前記第２の冷却器よりも下流側に位置することになる第２の配置特定経路とを有し、
   前記他方の流入側分岐部および前記第２の接続通路部のうち少なくともいずれかに設けられ、前記他方の流入側分岐部および前記第２の接続通路部のうち、前記他方の流入側分岐部を介した冷却媒体の流通を許可する第１の状態を有するとともに、前記他方の流入側分岐部および前記第２の接続通路部のうち、前記第１または第２の冷却器であって、前記他方の流入側分岐部に対応する冷却器と前記流出側共通部とを接続する部分を介した冷却媒体の流通を許可する第２の状態を有する第３のバルブ部を前記バルブ部がさらに備え、
   前記第２のバルブ部がさらに前記流出側共通部のうち、前記第２の接続通路部が接続する部分よりも上流側の部分に設けられており、
   前記第１の制御が前記第１および第２のバルブ部にさらに前記第３のバルブ部を加えた前記第１、第２および第３のバルブ部のうち、少なくともいずれかを制御することで、さらに前記第３のバルブ部が前記第３のバルブ部についての前記第１の状態になるようにする制御であり、
   前記第２の制御が前記第１および第２のバルブ部にさらに前記第３のバルブ部を加えた前記第１、第２および第３のバルブ部のうち、少なくともいずれかを制御することで、さらに前記第３のバルブ部が前記第３のバルブ部についての前記第１の状態になるようにし、これにより前記第１の配置特定経路を介して冷却媒体を流通させる第１の配置特定制御と、
   前記第１、第２および第３のバルブ部のうち、少なくともいずれかを制御することで、前記第１のバルブ部が前記第１のバルブ部についての前記第１の状態に、前記第２のバルブ部が前記第２のバルブ部についての前記第２の状態に、前記第３のバルブ部が前記第３のバルブ部についての前記第２の状態にそれぞれなるようにし、これにより前記第２の配置特定経路を介して冷却媒体を流通させる第２の配置特定制御とのうち、少なくともいずれかを有して構成されるスターリングエンジン。
5. 請求項１から４いずれか１項記載のスターリングエンジンであって、
   前記内燃機関の出力補助に出力が利用され、
   前記出力利用側の状態が前記内燃機関の運転状態であり、
   前記制御部が少なくとも前記内燃機関の加速運転時および定常運転時に前記第１の制御を行うか、或いは前記内燃機関の減速運転時に前記第２の制御を行うスターリングエンジン。

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